貴州織金地區(qū)農(nóng)村飲水井去氟除雜水質(zhì)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙炳新等

摘 要：針對(duì)畢節(jié)市織金地區(qū)農(nóng)村直接飲用水中氟含量嚴(yán)重超標(biāo)以及各種懸浮污染物造成的水質(zhì)惡化問(wèn)題，本次研究通過(guò)水流攔砂，去氟除雜，多重凈化和紫外消毒的物化處理工藝，通過(guò)試驗(yàn)適量降低飲用水中懸浮物及其氟污染物的含量，為當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟踩峁┮欢ūＵ?，也有助于防治?dāng)?shù)仡l發(fā)的氟化病。同時(shí)，這個(gè)裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，輕小便捷，價(jià)格低廉，可以在含氟較高的偏遠(yuǎn)山區(qū)得到較好的運(yùn)用。此外，也可以實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。

關(guān)鍵詞：貴州織金地區(qū)；農(nóng)村飲水井；去氟除雜；回收利用

引言

貴州是燃煤型氟中毒（地氟病）流行最為嚴(yán)重的省份， 其氟斑牙患者和氟骨癥患者分別占全國(guó)的57.14%和44.44%[1]，而貴州的重病區(qū)又集中在黔西[2-3]。其中，除石煤型氟中毒外導(dǎo)致燃煤型氟中毒的氟主要來(lái)自于拌煤的黏土?？椊鸬貐^(qū)屬于巖溶較發(fā)育地區(qū)，農(nóng)村飲水井水中雜質(zhì)較多，同時(shí)由于當(dāng)?shù)鬲?dú)特的水文地質(zhì)條件，造成水中含氟量遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康帶來(lái)了巨大的危害。長(zhǎng)期飲用高氟水會(huì)患有氟化病，甚至?xí)趋雷冃巍㈥P(guān)節(jié)僵硬、筋鍵鈣化、行走困難以致癱瘓。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)高氟飲用水的處理做過(guò)不少研究，如人造沸石NH4Cl-FeCl3改性法、改性人造沸石吸附法、合成磷灰石等去氟工藝，但都不同程度地存在處理費(fèi)用高、實(shí)用性差、氟含量難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問(wèn)題[4-7]。同時(shí)，根據(jù)織金地區(qū)農(nóng)村飲用水氟含量高、懸浮物較多，對(duì)井水處理方法不科學(xué)甚至未經(jīng)過(guò)任何方法處理就直接飲用的狀況。我們?cè)O(shè)計(jì)了一套便捷實(shí)用的小型去氟除雜裝置-去氟除雜水質(zhì)凈化系統(tǒng)。該裝置具有成本低、可控性強(qiáng)、原理簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)勢(shì)，宜適用于飲用水體中氟含量高，懸浮顆粒較多的偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)。希望通過(guò)這個(gè)裝置的處理，能夠使當(dāng)?shù)仫嬘盟蟹x子和雜質(zhì)含量得到適量降低，給農(nóng)村飲用水安全提供保障，同時(shí)提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康水平。

1 去氟除雜水質(zhì)凈化系統(tǒng)

本去氟除雜水質(zhì)凈化系統(tǒng)，主要包括“去氟-除雜一體裝置”和“集水井”兩部分。主要通過(guò)水流攔砂，去氟除雜和多重凈化為主的物化處理方法來(lái)降低水中泥砂，懸浮物，氟元素等物質(zhì)的含量。

首先，該裝置對(duì)飲用水中懸浮物，泥沙進(jìn)行初次過(guò)濾沉降，隨后進(jìn)入到去氟區(qū)域，添加適量AlCl3試劑和活性炭等物理化學(xué)方法降低水中的氟含量，同時(shí)將處理過(guò)的水進(jìn)行第二次過(guò)濾沉降，最后匯集到“集水井”，供居民日常生活飲用。

2 “去氟——除雜一體裝置”的工作原理

2.1 “除雜”方面

該裝置在“除雜”方面主要包括兩個(gè)步驟；一是將居民農(nóng)村飲水井（大多數(shù)農(nóng)村居民屋頂蓄集的雨水）通過(guò)輸水管道輸送到該裝置的入口處。首先，進(jìn)水處的濾網(wǎng)對(duì)水中的懸浮物，泥砂等雜質(zhì)攔截。隨后，經(jīng)過(guò)初次過(guò)濾的水體就會(huì)流入到“泥砂初沉室”，此時(shí)水中漂浮物等大粒徑物質(zhì)相對(duì)較少，主要是一些懸浮物和泥砂，當(dāng)“泥砂初沉室”里的水位達(dá)到“第一層細(xì)孔徑濾網(wǎng)”的下邊緣時(shí)，容器中的各種雜物在水流流速相對(duì)較緩，活性炭的吸附作用下將會(huì)形成較大顆粒，聚沉到水底，最后將沉淀到容器底部的污水，雜物等通過(guò)排污管排出；而中上部較干凈水體通過(guò)孔徑較小的濾網(wǎng)進(jìn)入到“去氟室Ⅰ”中。

通過(guò)“去氟處理”后的水體，絕大多數(shù)大顆粒懸浮物，泥砂等雜質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的沉淀都已經(jīng)在“泥砂初沉室”，“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”中得以去除，而對(duì)于水體中粒徑很小的微小顆粒，泥砂，化學(xué)沉淀物等物質(zhì)將通過(guò)位于“泥沙二沉池”壁上的由多層小孔徑紗布折疊組合而成的濾網(wǎng)進(jìn)行較深層次的二次過(guò)濾沉降，最后將處理后的水引入到“集水井”。

2.2 “去氟”方面

去氟方面主要通過(guò)在化學(xué)沉淀基礎(chǔ)上結(jié)合混凝沉淀和吸附法來(lái)降低水中部分氟含量。目前，吸附法除氟中應(yīng)用較多的吸附劑有氫氧化鋁、活性氧化鋁、活性氧化鎂、骨炭、粉煤灰、天然沸石、聚合鋁鹽、活化鋁等，考慮到試劑制取的難易程度，成本的高低和去氟效益。我們采用了常用的去氟吸附劑-活性氧化鋁，因其吸氟效果較好，常作為含氟飲用水處理劑。活性氧化鋁除氟過(guò)程的吸附機(jī)理為：Al（OH）3+6NaF=Na3AlF6+3NaOH，而當(dāng)ph=6.4-7.2時(shí)，鋁鹽對(duì)水中氟離子的去除效果最佳。

“去氟——除雜一體化裝置”中的去氟結(jié)構(gòu)由“去氟室Ⅰ”和“去氟室Ⅱ”兩部分組成。經(jīng)過(guò)“泥砂初沉室”的水體進(jìn)入到“去氟室Ⅰ”后，將會(huì)與來(lái)自于“試劑瓶”中的鋁鹽溶液反應(yīng)，生成絮凝沉淀物自由沉降至容器底部，而水中未去除的氟將會(huì)通過(guò)中間隔板的過(guò)濾之后在“去氟室Ⅱ”中發(fā)生第二次去氟處理。每個(gè)反應(yīng)室里面的隔板可以有效延長(zhǎng)水體與試劑的接觸時(shí)間，讓更多的F離子與Al3+充分反應(yīng)。對(duì)于沉淀在底部的雜質(zhì)，小顆粒泥砂和化學(xué)沉淀物將通過(guò)容器底部的排污管排出。經(jīng)過(guò)處理后，水中氟含量將會(huì)相對(duì)減少，基本符合飲用水中氟含量的標(biāo)準(zhǔn)。

3 “集水井”的功能特性

織金是典型的巖溶發(fā)育地區(qū)，地表水不易儲(chǔ)存收集，由于水體易受到高氟粘土的影響，氟含量遠(yuǎn)高于國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)1.0mg.L-1.“集水井”，不僅可以消除一般水窖所面臨長(zhǎng)時(shí)間蓄水后出現(xiàn)的泥砂淤積，水質(zhì)變差等不利因素。同時(shí)，通過(guò)“空氣連通管”可以不斷地與井外氣體進(jìn)行交換，補(bǔ)充O2，抑制水中厭氧生物的繁殖，避免水體出現(xiàn)惡臭。這樣將會(huì)使井中蓄水水質(zhì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好水質(zhì)。

4 實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果

為了進(jìn)一步了解織金飲用井水的現(xiàn)狀，我們到織金的普翁鄉(xiāng)、后寨苗族鄉(xiāng)的5個(gè)村莊采集了10個(gè)直接飲用水的水樣帶回貴大資環(huán)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，見(jiàn)下表1。結(jié)果顯示氟離子的濃度普遍在2.0mg/L到6.0mg/L。當(dāng)井水通過(guò)去氟室Ⅰ后，AlCl3試劑與氟離子反應(yīng)或活性炭對(duì)水中氟離子的吸附，一定程度上可以降低氟和其它雜質(zhì)的濃度。隨后，再通過(guò)去氟室Ⅱ的處理，可以達(dá)到去除水中氟離子的60%左右，目的是讓飲用水中氟離子和其它雜質(zhì)的濃度降至標(biāo)準(zhǔn)濃度1.0 mg/L以下，達(dá)到國(guó)家安全飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

“去氟除雜水質(zhì)凈化系統(tǒng)”主要經(jīng)過(guò)水流攔砂，去氟除雜和多重凈化為主的水處理工藝，基本上有效降低了飲水井水體中氟化物，雜質(zhì)的含量。這一水處理設(shè)備由于操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)效，輕小便捷，不僅可以使當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟乃|(zhì)得以改善，而且也可以在一定程度上防止諸如氟斑牙，筋鍵鈣化等疾病的發(fā)生，保障當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康水平。同時(shí)該設(shè)備研發(fā)思路及原理也可供其他類似地區(qū)借鑒和參考。

同時(shí)，衷心感謝在整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，給予熱心幫助的所有老師和同學(xué)。

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作者簡(jiǎn)介：趙炳新（1994-），男，漢族，籍貫：甘肅省定西市臨洮縣，單位：貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，專業(yè)：水文與水資源工程。

通信作者：李博（1982-），男，講師。主要從事巖溶水文地質(zhì)研究。